課題 斜円柱まわりの非定常流れ 背景 　 送電線，海底ケーブル，及び海上プラントなどにおいて，風や海流によるケーブルやチューブはフラッタやギャロッピングの問題が起こる．これらのケーブル周りの流れは，ほとんどの場合においてケーブルに対し斜めであり，複数本のケーブルやチューブの下流に生じる渦構造は非常に複雑となり,渦による悪い振動を与えたら,断裂する場合もある． Figure 1. 送電線. Figure 2. 海上プラント. 目的 　流れ場中に置かれた構造物の振動特性について知見を得ることは，非常に有用である． 方法 　本実験ではNPL式ブローダウン型風洞を使用した．測定部は600×600mmの正方断面で，全長は約3000mmである．送風機はニップ工業株式会社制のものである．送風機の下流に固定用具を設置し，円柱管を設置した．円柱管は，直径D=1，5，10，30mmの4種類を使用した．レイノルズ数が200,400,800,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,10000になるために，直径D=1，5，10mmの円柱を角度θの0°から45°まで15°ごとに変えて，主流流速を合わせた．但しD30mmのとき,レイノルズ数を20000にして,0°と45°にするように主流流速を合わせた.円柱を使用し,主流流速の計算式はU=(Re×ν)/(cosθ×D)となった．各条件における主流流速を表1に示した.図1に示すように，円柱管下流の流速の変動を測定するため，I型熱線プローブおよび定温型流速計を用いて，電圧波形を取得した．また，熱線プローブと同様の位置にハイスピードカメラを設置し，円柱スパン中央の振動の様子を撮影した．カメラのフレームレートを2000fpsにした．プローブは，円柱管の軸と同じ高さのスパン中央とし，円柱管の横断面円心より3D下流側に設置した．サンプル数を40960，サンプル周波数を4096 Hzとして0.6415秒間計測した．熱線流速計で得られた電圧波形を高速フーリエ変換（FFT）し，チューブ下流における流速の変動周波数を求めた．撮影した画像を二値化して，可視化を行った． Figure 5. 実験装置. 　本研究では円柱周りの流れを対象に，3次元非定常数値計算を行った．図2のように，流体解析用ソフトウェアPointwise V17.1R4を使用して，計算格子を作った．格子点数は234.165万であった．そして，計算格子を流体解析用ソフトウェアFluent2020 R2で開き，直径Ｄが30mmになるようにスケールした．入口境界に主流流速を与え，方向を円柱に対して0°と45°になるように計算を行った．出口境界とスパン方向の上下は大気圧開放とした．スパン方向の左右の面を周期境界に設定した．乱流モデルはk-ωモデルを用いた．時間刻みは1×〖10〗^(-4)sとし，1秒間計算した. Figure 6. 数値計算. 　 結果 ◎円柱周りの流れの可視化 　図3はD30mm,角度0°の円柱により可視化をした結果である.図から図は,渦が放出し始めるから放出し終わるまでに,1/4周期ごとに円柱周りの流れの様子を示す. D30mm,角度0の円柱は周期0.017sで渦を放出する.また図4は円柱下流の渦が放出されるときの画像である.円柱の部分を赤い円弧で表示されている.放出される渦は円柱との距離は84.3mmであり,直径D30mmの2.8倍である. 　 Figure 8. 円柱下流の可視化. ◎数値計算の結果 　図10は数値計算によるD30mm,角度0°の時に円柱周りの流れの様子である. 円柱の部分を赤い円弧で表示されている. 放出される渦は円柱との距離は86.8mmであり,直径D30mmの2.9倍である.実験でやった結果とほとんど一致していることが分かった. Figure 9. 数値計算の結果.